python成长之路【第十八篇】：python模块介绍、模块导入和重载

一、模块和命名空间

一般来说，Python程序往往由多个模块文件构成，通过import语句连接在一起。每个模块文件是一个独立完备的变量包，即一个命名空间。一个模块文件不能看到其他文件定义的变量名，除非它显示地导入了那个文件，所以模块文件在代码文件中起到了最小化命名冲突的作用。因为每个文件都是一个独立完备的命名空间，即使在他们拼写相同的情况下，一个文件的变量名是不会与另一个文件中的变量冲突的。

注意：import VS from：应该指出，from语句在某种意义上战胜了模块的名称空间分割的目的，因为from把变量从一个文件复制到另一个文件，这可能导致在导入的文件中相同名称的变量被覆盖(并且，如果发生这种情况的话，不会为你给出警告)。这根本上会导致名称空间重叠到一起，至少在复制的变量上会重叠。

二、模块介绍

模块：用来从逻辑上组织Python代码（变量，函数，类，逻辑：实现一个功能），本质就是.py结尾的Python文件（文件名：test.py，对应的模块名：test）

包：用来从逻辑上组织模块的，本质就是一个目录（必须带有一个__init__.py文件）

模块分类：
　　内置模块
　　自定义模块
　　第三方模块（需要安装才能使用）

注意：Python中的模块，在其他语言中叫做类库。

三、模块导入和重载

导入和重载提供了一种自然的程序启动的选择，因为导入操作将会在最后一步执行文件。

在典型的应用中，导入者得到了模块文件中在顶层所定义的所有变量名。这些变量名通常被赋值给通过模块函数、类、变量以及其他被导出的工具。这些往往都会在其他文件或程序中使用。表面上来看，一个模块文件的变量名可以通过两个Python语句读取--import和from，以及reload调用。

3.1、模块的显要特性：属性
从一般意义上来说，模块往往就是变量名的封装，被认作是命名空间。在一个包中的变量名就是所谓的属性：也就是说，属性就是绑定在特定的对象上的变量名。

举个例子，使用文本编辑器创建一个名为myfile.py的单行的Python模块文件，其内容如下：

# cat myfile.py
    #!/usr/bin/env python3.5
 
    title = "The Meaning of Life"

当文件导入时，它的代码运行并生成了模块的属性。这个赋值语句创建了一个名为title的模块的属性。

可以通过两种不同的方法从其他组件获得这个模块的title属性：
第一种，可以通过使用import语句将模块作为一个整体载入，并使用模块名后跟一个属性名来获取它：

>>> import myfile
>>> print(myfile.title)
    The Meaning of Life

一般来说，这里的点号表达式代表了object.attribute的语法，可以从任何的object中取出其任意的属性，并且这是Python代码中的一个常用操作。在这里，我们已经使用了它去获取在模块myfile中的一个字符串变量title，即myfile.titile。

注意：一旦以import方法导入模块文件，内置的dir函数可以获得模块内部的可用的变量名的列表。

第二种，可以通过from语句从模块文件中获得(实际上是复制)变量名：(推荐)

>>> from myfile import title
>>> print(title)
    The Meaning of Life

from和import很相似，只不过增加了对载入组件的变量名的额外的赋值。从技术上讲，from复制了模块的属性，以便属性能够成为接收者的直接变量。因此，能够直接以title(一个变量)引用导入字符串而不是myfile.title(一个属性引用)。

无论使用的是import还是from去执行导入操作，模块文件myfile.py的语句都会执行，并且导入的组件(对应这里是交互式提示模式)在顶层文件中得到了变量名的读取权。也许在这个简单的例子中只有一个变量名(变量title被赋值给一个字符串)，但是如果开始在模块中定义对象，例如，函数和类时，这个概念将会很有用。这样一些对象就变成了可重要的组件，可以通过变量名被一个或多个客户端模块读取。

在实际应用中，模块文件往往定义了一个以上的可被外部文件使用的变量名。

注意：import和from列出模块名时，都是使用myfile，没有.py后缀。这是因为Python在寻找实际文件时，依靠Python模块搜索的路径定位文件，找到后自动中加入后缀名。然而，系统shell命令行中，一定要记得加上后缀名，但是import语句中则不用。

3.2、导入模块的所有方法：

import module_name #表示将模块中的所有代码加载到这个位置并赋值给变量module_name，并执行模块
import libs.module_name #表示从libs目录下导入模块文件module_name，调用方法：libs.module_name.func()
import module1_name,module2_name #同时导入多个模块
from module_name import login,logout #相当于将module_name\login中的代码拿到当前位置执行
from module_name import login as module_name_login #对导入模块中的方法取别名
from libs.module_name import func #从目录下的模块文件中导入方法func，调用：func()

import本质：
　　导入模块的本质就是把Python文件解释一遍。
　　导入包的本质就是执行该包下的__init__.py文件。

导入优化：
　　from module_name import login
　　相比较import module_name，调用时module_name.test()，每次调用时都需要在os.path路径中检索导致效率降低，所以使用from...import...导入，这样相当于将方法直接拿到调用者中执行。

#当调用者与被调用者处于同一级目录下时。也就是这里s1.py与auth.py在同一目录中。
auth.py文件中的内容：
def login():
print("login...")
 
s1.py文件中的内容：
import auth #导入同级目录中的文件
auth.login() #调用
 
执行s1.py，输出结果为：login…
 
#当s1.py与libs目录同级时，s1.py调用libs/commons.py文件。
commons.py文件中的内容：
def md5_func():
print("libs/commons.py")
 
s1.py文件中的内容：
import auth
import libs.commons #导入方式为：目录名.文件名
auth.login()
libs.commons.md5_func() #调用方法为：目录名.文件名.方法
 
或者s1.py文件中的内容：
from libs import commons #导入方式为：从libs目录中导入commons.py文件
commons.md5_func() #调用方法为：文件.方法
 
执行s1.py，输出结果为：
login...
libs/commons.py

示例

3.3、import如何工作
导入其实是运行时的运算，程序第一次导入指定文件时，会执行三个步骤：
　　a、找到模块文件
　　b、编译成位码（需要时）
　　c、执行模块的代码来创建其所定义的对象
这三个步骤只在程序执行时，模块第一次导入时才会进行。在这之后，导入相同模块时，会跳过这三个步骤，而只提取内存中已加载的模块对象。python把载入的模块存储到一个名为sys.modules的表中（list(sys.modules.keys())），并在一次导入操作的开始检查该表。如果模块不存在，将会启动一个三个步骤的过程。

a、搜索

首先，Python必须查找到import语句所引用的模块文件。事实上，路径和后缀是刻意省略掉的，因为Python使用了标准模块搜索路径来找出import语句所对应的模块文件。

Python的模块查找路径：

import sys
 
for item in sys.path:
　　print(item)

　　

Python模块的查找顺序：

依次从上往下查找（上面的优先，且不再搜索后续路径），如果都没有找到，就报错。
D:\oldboy\s14\day5 #执行脚本所在目录
D:\oldboy\s14 #忽略这个目录，因为这个目录是因为pycharm自行添加的
C:\Users\chen\AppData\Local\Programs\Python\Python35\python35.zip
C:\Users\chen\AppData\Local\Programs\Python\Python35\DLLs
C:\Users\chen\AppData\Local\Programs\Python\Python35\lib
C:\Users\chen\AppData\Local\Programs\Python\Python35
C:\Users\chen\AppData\Local\Programs\Python\Python35\lib\site-packages

注意：sys.path返回的结果是一个列表，当我们需要添加路径时，只需要向列表中追加即可。

修改Python的模块查找路径：

示例：__file__表示当前文件
sys.path.append(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))))

模块文件选择：

文件名的后缀（例如，.py）是刻意从import语句中省略的。Python会选择在搜索路径中第一个符合导入文件名的文件。例如，import b形式的import叙述可能会加载。
 
源代码文件b.py
字节码文件b.pyc
目录b，包导入
编译扩展模块（通常用C或C++编写），导入时使用动态连接（例如，Linux的b.so以及windows的b.dll）
用C编写的编译好的内置模块，并通过静态连接至Python。
ZIP文件组件，导入时会自动解压缩。
内存内映像，对于frozen可执行文件。
java类，在jython版本的Python中。
.NET组件，在IronPython版本的Python中。

b、编译（可选）
遍历模块搜索路径，找到符合import语句的源代码文件后，如果有必要的话，Python接下来会将其编译成字节码。

Python会检查文件的时间戳，如果发现字节码文件比源代码文件旧（例如，如果你修改过源文件），就会在程序运行时自动重新生成字节代码。否则，就会跳过源代码到字节码的编译步骤。

c、运行
import操作的最后步骤是执行模块的字节码。文件中所有语句会依次执行，从头到尾，而此步骤中任何对变量名的赋值运算，都会产生所得到的模块文件的属性。因此，这个执行步骤会生成模块代码所定义的所有工具。例如，文件中的def语句会在导入时执行，来创建函数，并将模块内的属性赋值给那些函数。之后，函数就能被程序中这个文件的导入者来调用。

3.4、重载
在默认情况下，只是在每次会话的第一次运行。在第一次导入之后，其他的导入都不会再工作，甚至在另一个窗口中改变并保存了模块的源代码文件也不行。

$ cat script1.py
#!/usr/bin/env python3
 
print('hello world')
 
$ python3
>>> import script1 # 第一次导入操作完成后，会执行文件
hello world
>>> import script1 # 第二次导入不会执行
>>>

因为导入时一个开销很大的操作，以至于每个文件、每个程序运行不能够重复多于一次。导入必须找到文件，将其编译成字节码，并且运行代码。

但是，如果真的想要Python在同一次会话中再次运行文件（不停止和重新启动会话），需要调用imp标准库模块中可用的reload函数。reload函数载入并运行了文件最新版本的代码，如果已经在另一个窗口中修改并保存了它，那将反应出修改变化。

>>> from imp import reload
>>> reload(script1)
hello world
 
<module 'script1' from '/home/chen/script1.py'>